读书笔记 | 《Think in Java》Ⅴ 初始化与清理

信仰牌咖啡

Ⅴ 初始化与清理

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随着计算机革命的发展，“不安全”的编程方式已经逐渐成为编程代价高昂的主因之一。
其中主要为“初始化”和“清理”两方面。Java提供了构造器和“垃圾回收器”。构造器为在创建对象时被自动调用的方法，垃圾回收器用于自动释放不再使用的内存资源。

5.1 用构造器确保初始化

• 因为构造器名称必须与类名完全相同，所以“每个方法首字母小写”的编码风格不适用于构造器。

• 构造器有助于减少错误,并且使代码更容易阅读。

• 概念上来讲，“初始化”和“创建”是彼此独立的，但是在Java中，这两者是项目捆绑，不能分离的。

5.2 方法重载

• 为什么要设计“重载”呢？因为人类语言中存在一些细微差别的概念，在将其“映射”到程序设计中时，需要将语言“重载”。
  举个栗子，假如我们在日常生活中说：“以洗车的方式洗车”、“以洗衣服的方式洗衣服”，这虽然没有什么不对，但是会显得很多余和愚蠢。程序设计语言也是一样，比如：

Cleaner c=new Cleaner()
Car car=new Car()
Clothe clothe=new Clothe()

//这样写就很麻烦
//c.cleanCar(car)
//c.cleanClothe(clothe)

c.clean(car)
c.clean(clothe)
//优雅

• 其实构造器也是一种方法重载的表现，因为构造器的方法名必须为类名，那么，根据不同的需求，对于带有不同参数列表的构造器，实质上完成了重载。

• 前文说过，基本类型在进行运算时，将由较小的类型变为较大的类型。在涉及到基本类型作为重载方法的参数时，会有些不一样：

1. 由小变大：
   对于数字来说，若传入参数的数据类型小于方法中声明的形参数据类型，那么实际数据类型会被提升至与形参相同；对于char来说，若无法找到恰好接受char参数的方法，编译器会将char提升至int。
2. 有大变小：
   传入参数类型比形参大，那么需要手动进行参数的窄化转换，否则编译器会报错。

• 重载方法之间一般都是以参数列表互相区分的。但是在某些情况也可以通过返回值类型来区分。（不建议使用）
  举个栗子：

void f() {}
int f() {return 1;}

int  x=f();//正确。如果此时编译器可以判断出正确语义，可以使用。
f();//错误，无法判断。

5.3 默认构造器

• 假如没有定义构造器，那么编译器会自动创建一个无参构造器已供使用；
  但是已经定义了含参构造器，那么此时编译器不会自动创建无参构造器，使用无参方法构造一个对象将会出错。

5.4 this关键字

• this需要自己理解，具体用法我就不做赘述了。

• this一个特殊的使用场景是用来在构造器中调用构造器。但只能调用一次。

public class Car{
int p=0;
String s="";
Car () {}
Car (int p){
this.p=p;
}
Car (int p,String s) {
this(p); //在这里通过this在构造器中调用构造器。其他this是基本常见用法。
this.s=s;
}

• 在理解了this后，就能更全面地理解static。static方法就是没有this的方法，在static内部不能调用非静态方法。它很像全局方法，但是Java中禁止全局方法，static成了一个替代品。因此有人认为static是非面向对象的，因为不是通过“向对象发送消息”来完成的。我个人同意，不过这确实在一些场景下方便了不少。不过，假如你在代码中出现了大量的的static，那就需要考虑优化了。

5.5 清理：终结处理和垃圾回收

• Java有垃圾回收器来负责回收无用对象占据的内存空间。不过存在特殊情况：假如你的对象不是通过new出来的（垃圾回收器只知道释放那些经由new分配的内存），为了应对这种情况，Java允许在类中定义一个finalize()方法。
  他的工作原理“假定”是这样的：finalize()是在垃圾回收的时刻做一些重要的清理工作。

5.5.1 finalize()的用处何在

• finalize()并不等同于C++中的析构函数。因为在C++中，对象一定会被销毁，在Java中：

1. 对象可能不被垃圾回收
2. 垃圾回收不等同于析构

• 那么上文所说的“重要的清理工作”指的是什么？finalize()用于什么场景下?
  在使用“本地方法”（本地方法是一种在Java中调用非Java代码的方式）的情况下，分配内存的方式不是使用Java中的通常做法，而是使用了类似C语言中的做法，所以需要使用finalize()。

5.5.2 你必须实施清理

• Java中的垃圾回收器能帮助你释放不再使用的对象的内存空间。但是随着学习的深入，你会明白垃圾回收器并不能完全代替C++中的析构函数。（也不能直接调用finalize()），此时如果想要去进行除去释放存储空间之外的清理工作，还是得明确调用某个恰当的Java方法来操作（相当于析构函数，但是没有析构函数方便）

• 垃圾回收并不保证一定发生。如果JVM没有面临内存耗尽的情况，他是不会浪费时间去恢复内存的。

5.5.3 终结条件

• 上文说了，finalize()只存在于很少用到的一些晦涩用法里。但是finalize()有一些有趣的用法，用来对对象是否可以被释放的条件（终结条件）的验证，并不依赖于每次都要调用finalize()这个方法。

• 举个栗子：

Class Book {
  boolean checkedOut=false;
  Book(boolean checkOut){
    checkedOut=checkOut;
}
  void  checkIn(){
    checkedOut=false;
}
  protected void finalize(){
    if(checkedOut)
      System.out.println("Error: checked out");
}
}

public static void main(String[] args){
  Book novel =new Book(true);
  novel.checkIn();
  new Book(true);
  System.gc();//gc()函数的作用只是提醒虚拟机：程序员希望进行一次垃圾回收。
}

输出：Error: checked out

在这个例子中，对象的终结条件是对象是否被checkIn，在主函数中，由于new Book(true);这本书未被checkIn。如果没有finalize()中来验证终结条件，将很难发现这种缺陷。

5.5.4 垃圾回收器如何工作

• 在通常的程序设计语言中，在堆上分配内存代价比较高，由于Java的对象都是创建在堆上的，所以大家会觉得Java效率低下。事实是Java在堆上的分配方式和诸如C++等语言不同，它的“堆指针”只是简单地移动到未分配的下一区域，效率比得上C++在栈上分配空间的效率。
  但是，频繁的内存页面调度会显著影响性能，而由于垃圾回收器的存在，一边回收空间，一边使堆中的对象紧凑排列，这样尽可能地减少了页面调度，避免页面错误。

• 先了解一些基本垃圾回收机制：引用计数垃圾回收技术。但是“引用计数垃圾回收”存在很多问题，已经渐渐淘汰。

• 在一些更快的模式中，针对每个发现的引用，追踪其引用的对象，再通过这个对象所包含的引用，去追踪这些引用的对象，如此反复，直到“根源于堆栈和静态存储区的引用”所形成的网络被全部访问为止。

• 在这种方式下，JVM采用一种自适应的垃圾回收技术。有一种做法名为：“停止-复制”：
  先暂停程序的运行，将所有存活的对象从当前堆复制到另一个堆，没有被复制的全部是垃圾。在新堆里。这些对象的空间是一个挨着一个的，保持紧凑排列，上文提到：“一边回收空间，一边使堆中的对象紧凑排列”。这样就可以简单高效地分配新空间了。
  这种“复制式”回收器效率会降低，主要为两个原因：

1. 首先得有两个堆，需要比实际多一倍的空间。
2. 程序进入稳定状态后，可能只有少量垃圾，甚至没有垃圾。复制使得很浪费。在检查到要是没有新垃圾产生，JVM会切换到“标记-清扫”模式，这种方式速度很慢，但是只产生少量垃圾时，速度就快了。

• Java的垃圾回收技术可以这么称呼“自适应的，分代的，停止-复制，标记-清扫”式垃圾回收器。

• Java虚拟机中有很多附加技术以提升速度。尤其是与加载器有关的，被称为“即时编译器”的技术。

本章的5.5节，存在一些难点，我读了三遍，尽量去理解揣摩。不过毕竟初读此书，一些笔记可能会出现偏差，望斧正。

5.6 成员初始化

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• Java尽力保证：所有变量在使用前都能得到初始化。

1. 对于局部变量，假如数据未得到初始化，编译器将用编译时错误来贯彻这种保证。其实对于编译器来说，可以给未初始化的局部变量一个默认值，但是Java设计者没那么做。因为未初始化的局部变量往往是程序员的疏忽，赋予默认值会掩盖这种失误，甚至导致程序错误。
2. 在类的对象中，类的基本数据成员将都获得初始值。

5.8 数组初始化

• 所有数组都有一个固有成员，就是length，最大的数组能用下标就是length-1。超过数组的边界，C++或C会默默地接受，允许你访问所有内存，这可能会导致一些程序错误。Java对这点进行了控制，假如超过数组下标，将会出现运行时异常。

• 当然，对于Java这种每次访问数组都要检查下标的做法，肯定是需要额外的开销。但是对于安全与提高程序员的生产力来说，无疑很有价值。Java的设计者认为这种权衡是值得的。不仅如此，自动的编译期错误和运行时优化都可以提高数组访问速度，没有必要牺牲安全性去求得一点点的效率提升。

5.9 枚举类型

• 在创建enum时，编译器会自动添加一些有用的特性，比如toString，此方法可以用来输出枚举类型常量的字符串表示。ordinal()用来标记枚举型常量的声明顺序。valus()来生成包含枚举类型常量的数组。

写在最后

• C++的设计者在设计C++时对C语言的生产效率进行了调查，发现大量错误都来自于不正确的初始化，不恰当的清理也会产生类似问题。构造器，使得初始化和清理受到了控制，也很安全。

• C++中析构函数非常重要，使用new创建的对象必须明确被销毁。在Java中，垃圾回收器会自动为对象释放内存。但是在有些少数场合，只能去手动释放。但是垃圾回收器也增加了开销，虽然Java的性能已经得到了长足的进步，但是速度问题也成为了在某些特定编程领域的障碍。

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